MIKE BASIN水资源模型介绍

1、MIKE BASIN 水资源模型介绍水资源模型介绍莫莫 铠铠关于关于 DHI独立的、非赢利性的、研究独立的、非赢利性的、研究和咨询机构；和咨询机构；为水资源和环境的发展提供为水资源和环境的发展提供先进技术；先进技术；经营范围遍及全球；经营范围遍及全球；服务对象主要为世界银行，服务对象主要为世界银行，亚行，亚行， 欧盟，咨询公司，欧盟，咨询公司，各国流域管理机构等；各国流域管理机构等；与高等院校、学术研究机构、与高等院校、学术研究机构、流域管理机构等建立长期紧流域管理机构等建立长期紧密的关系。密的关系。关于关于 DHI 1964年，年， Danish Hydraulic Instititute

2、丹麦水利研究院建立丹麦水利研究院建立 （DHI); 1970年年,Asger与与Adri Vervey编写了编写了System 11（MIKE11的的前身）前身）,最早的最早的1D河网模型；河网模型； 2000年，年，DHI合并了合并了VKI (Institute for the Water Environment )，更名为，更名为 DHI Water & Environment； 2000年，年，DHI合并了合并了WEST (污水处理厂软件污水处理厂软件 )； 2005年，年，DHI合并了合并了DTC (Danish Toxicology Centre) ； 2007年，年，DHI

3、更名为更名为DHI WATER ENVIRONMENT HEALTH 2007年，年，DHI合并了合并了WASY（地下水软件）。（地下水软件）。1964年，英国人年，英国人MIKE Abbott带着带着Abbott方程进入方程进入DHI,研究水动力数学模型。研究水动力数学模型。为了纪念他对为了纪念他对DHI的模型所作的贡献，因而取的模型所作的贡献，因而取名名MIKE。问题：为什么问题：为什么DHI的软件都以的软件都以MIKE 命名命名?5DHI Water & Environment Hrsholm - DenmarkTEST FACILITIESOFFICE FACILITIES关于

4、关于 DHIDHI - WorldwideProduct agent 产品代理产品代理General agent 总代理总代理DHI offices 办公室办公室DHI subsidiaries 子公司子公司DHI China丹华水利环境丹华水利环境技术有限公司技术有限公司DHI 主要软件产品主要软件产品MOUSEMIKE SWMMMIKE NETMIKE URBAN城市给排水管网城市给排水管网MIKE 21/21C二维模型二维模型MIKE BASIN流域管理模型流域管理模型MIKE SHE地下水模型地下水模型MIKE 11河流一维模型河流一维模型MIKE 3三维模型三维模型 LITPACK海

5、岸线动力模型海岸线动力模型West污水处理模型污水处理模型MIKE 11一维天然河道、灌溉渠道模型一维天然河道、灌溉渠道模型MIKE 21二维河口、海岸及海洋模型二维河口、海岸及海洋模型EcoLab 水质模型水质模型MIKE 3三维水利模型三维水利模型MIKE BASIN 水资源分配、供需平衡模型水资源分配、供需平衡模型MIKE SHE水力模型（地表水和地下水治理、污染和水水力模型（地表水和地下水治理、污染和水土流失）土流失）MIKE URBAN 城市污水和雨水管网模型城市污水和雨水管网模型,供供 水管网模型水管网模型MIKE BASINMIKE 3WESTMIKE URBANDHI Chin

6、a 主要部门主要部门城市水部门城市水部门海洋部门海洋部门内陆水部门内陆水部门第一部分第一部分 MIKE BASIN 模型的概念模型的概念第二部分第二部分 MIKE BASIN 的应用的应用Water Resources Modelling MIKE BASIN第第 一一 部部 分分 MIKE BASIN 模型的概念模型的概念Water Resources Modelling MIKE BASINWater Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 的的 定定 义义需水量需水量供水量供水量地区、城市间水资地区、城市间水资源分配，生活、工源分配，生活、工业、

7、农业需水，人业、农业需水，人工干预，等。工干预，等。自然条件下的河川自然条件下的河川径流，地下水取水径流，地下水取水量，流域之间调水，量，流域之间调水，等。等。Water Resources Modelling MIKE BASIN基于基于 ArcGIS 9.2 (9.x)主要解决水资源分配及水量平衡问题主要解决水资源分配及水量平衡问题可进行多目标优化过程可进行多目标优化过程独立的数据库形式独立的数据库形式(Microsoft Access Database)包括功能强大的数据前、后处理及数值统计包括功能强大的数据前、后处理及数值统计工具工具（Temporal Analyst 时间分析模块）时

8、间分析模块）统一的数据输入对话框界面形式统一的数据输入对话框界面形式 MIKE BASIN 的的 主主 要要 特特 点点MIKE BASIN 的五大组成部分的五大组成部分MIKE BASIN 水资源模型水资源模型包括包括Macro Assistant 宏助手功能宏助手功能Optimazation 优化功能优化功能Water quality 水质功能水质功能Groundwater 地下水功能地下水功能NAM 降雨径流模块降雨径流模块Temporal Analyst 时间分析模块时间分析模块Load Calculator 污染物负荷模块污染物负荷模块Irrigation 农业灌溉模块农业灌溉模块W

9、ater Resources Modelling MIKE BASIN核核 心心 部部 分分Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 水资源模型水资源模型（核心部分）（核心部分）NAM 降雨径流模块降雨径流模块Temporal Analyst 时间分析模块时间分析模块子流域的降雨径流计算结果数据的前、后处理及统计功能Load Calculator 污染物负荷模块污染物负荷模块面源污染物面源污染物负荷计算负荷计算MIKE BASIN 的五大组成部分的五大组成部分Irrigation农业灌溉农业灌溉农业灌溉需农业灌溉需水量计算水量计算MIKE B

10、ASIN在水资源方面的主要应用在水资源方面的主要应用水资源管理水资源管理水量分配优化水量分配优化跨流域调水跨流域调水水库操作调度水库操作调度水电站发电水电站发电水文数据信息管理水文数据信息管理河流水质河流水质农业灌溉农业灌溉 .Water Resources Modelling MIKE BASIN需需 要要 区区 分分 的的 定定 义义v 集总式模型与分布式模型集总式模型与分布式模型Lumped vs Distributed输入数据的形式输入数据的形式(面数据面数据/参数参数 vs点数据点数据/参数参数)经验参数，平均数值经验参数，平均数值v 水力学模型与水资源模型水力学模型与水资源模型研究

11、的对象及计算的结果研究的对象及计算的结果(水位水位流量流量 vs 总水量总水量,流量流量)求解偏微分方程求解偏微分方程 vs 水量平衡水量平衡城市河道城市河道 vs 流域河网流域河网 (大尺度范围的宏观水量计算大尺度范围的宏观水量计算)v 水动力模型预报与水资源模型规划水动力模型预报与水资源模型规划时间步长时间步长(1 小时小时 vs 1个月个月)河道演算河道演算v 自然条件下的天然径流与人工干预下的调配自然条件下的天然径流与人工干预下的调配天然径流天然径流 vs 三次供需分配平衡三次供需分配平衡Water Resources Modelling MIKE BASIN 经验模型一旦建立，可以快

12、速简单地应用适用性较差 (黑箱)假定条件不发生改变没有影响评估确定性的确定性的相同输入 =相同输出随机的随机的相同输入 =不同输出概念模型 (集总式或分布式) 结合经验和物理公式(灰箱)能解决许多水资源问题简单的影响评估 成本效益好分布式物理模型 解决物理方程(白箱)参数可经测量得到影响评估好有助于描述机理水资源模型的类型水资源模型的类型分布式水文分布式水文水资源模型水资源模型(MIKE SHE)详细、完整的水文模型详细、完整的水文模型 UZSZOLSZSZRiverDrainsAbstraction集总式概念模型集总式概念模型( MIKE BASIN)输入数据，由模型得到输入数据，由模型得到

13、的结果代表空间的平均的结果代表空间的平均值（每个模型区域）。值（每个模型区域）。包含一些经验参数。包含一些经验参数。MIKE BASIN 模型概念模型概念 示意图示意图计算单元计算单元:子流域子流域流域节点流域节点,用水户节点用水户节点, 等等.Water Resources Modelling MIKE BASIN引水点引水点工业排水工业排水灌溉区灌溉区回水回水取水口取水口径流径流 供供水水水库水库r多个水权多个水权水电站水电站地下水地下水 目标流量目标流量流域间调水流域间调水Water Resources Modelling MIKE BASIN文文 件件 形形 式式输入数据输入数据计算结

14、果计算结果Water Resources Modelling MIKE BASIN文文 件件 形形 式式 图表数据图表数据 统计报告形式统计报告形式 二维图形显示二维图形显示Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 结果显示一结果显示一最大下泄流量最大下泄流量模拟下泄流量模拟下泄流量水位水位坝顶高程坝顶高程Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 结果显示二结果显示二第第 二二 部部 分分MIKE BASIN 的应用的应用Water Resources Modelling MIKE BASI

15、N中国水资源的现状中国水资源的现状 我国黄淮海流域人口占全国的我国黄淮海流域人口占全国的1/3多，水资源量却占多，水资源量却占全国的全国的1/10不到，人均水资源量仅有不到，人均水资源量仅有457立方米，立方米，属于严重缺水地区，而首都北京人均水资源量不足属于严重缺水地区，而首都北京人均水资源量不足300立方米，是世界上最严重的缺水特大城市之一。立方米，是世界上最严重的缺水特大城市之一。 在全国在全国600多个城市中，缺水城市达多个城市中，缺水城市达300多个，其中多个，其中严重缺水的城市严重缺水的城市100多个，日缺水量多个，日缺水量1600万吨，每万吨，每年因缺水造成的直接经济损失达年因缺

16、水造成的直接经济损失达2000亿元，全国每亿元，全国每年因缺水少产粮食年因缺水少产粮食700亿亿800亿公斤。亿公斤。 Water Resources Modelling MIKE BASIN我国城乡水资源非常匮乏我国城乡水资源非常匮乏!来源：中国水利水电科学研究院水资源所来源：中国水利水电科学研究院水资源所海河流域水资源现状海河流域水资源现状供水量供水量v 2006年全流域总供水量年全流域总供水量392.85亿立方米。其中，地表水源供水量亿立方米。其中，地表水源供水量134.15亿立方米，占亿立方米，占34.2%；地下水源供水量；地下水源供水量251.85亿立方米，亿立方米，占占64.1%；

17、其他水源供水量；其他水源供水量6.85亿立方米，占亿立方米，占1.7%。Water Resources Modelling MIKE BASINv 2006年海河流域平均降水量年海河流域平均降水量438.2毫米，折合水量为毫米，折合水量为1402.51亿立方米，比亿立方米，比2005年少年少10.0%，比多年，比多年平均少平均少18.1%，属枯水年份。，属枯水年份。来源：来源：2006年海河流域水年海河流域水资源公报资源公报v 流域内各行政区降水量较多流域内各行政区降水量较多年平均也全部偏少年平均也全部偏少10%以上，以上，其中北京市偏少其中北京市偏少23.4%，天，天津市偏少津市偏少18.6

18、%，河北省偏，河北省偏少少20.2% Water Resources Modelling MIKE BASINv 2006年全流域总用水量392.69亿立方米，其中农业用水量274.72亿立方米，占70.0%；工业用水量56.84亿立方米，占14.5%；生活用水量56.55亿立方米（其中城镇生活占56.5 % ），占14.4%；生态环境用水4.58亿立方米，占1.1%。 v 与2005年相比，全流域总用水量增加12.9亿立方米，其中农业用水增加农业用水增加11.04亿立方米亿立方米，主要增加省份为河北省、河南省、山东省；工工业用水增加业用水增加0.11亿立方米亿立方米，主要增加省份为河北省、山

19、西省和内蒙古；生活用水增加生活用水增加1.02亿立方米亿立方米，生态环境用水增加生态环境用水增加0.73亿立亿立方米方米。 海河流域水资源现状海河流域水资源现状用水量用水量来源：来源：2006年海河流域水年海河流域水资源公报资源公报 中国水资源现状与中国水资源现状与MIKE BASIN的关系的关系Water Resources Modelling MIKE BASIN人口增长人口增长经济增经济增长长不断增长不断增长的的用水用水需求需求和和人口负荷人口负荷对稀缺水资对稀缺水资源的激烈竞源的激烈竞争争有效的水资源规划和管理有效的水资源规划和管理有限的水资源有限的水资源适合的管理工具和数值模拟软件通

20、过通过MIKE BASIN可以解决的问题可以解决的问题 所研究的流域究竟有多少水量所研究的流域究竟有多少水量?地下水地下水?地表水地表水? 哪里缺水哪里缺水?缺多少水缺多少水? 能否满足未来用水户的用水需求能否满足未来用水户的用水需求? 能否改善水库的运行方式能否改善水库的运行方式?控制规则控制规则? 如何将现有水资源在不同的用水者之间进行分配如何将现有水资源在不同的用水者之间进行分配?人工干预人工干预? 生态水量生态水量/环境水量是否合理环境水量是否合理?Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 示示 例例Water Resources M

21、odelling MIKE BASINMIKE BASIN 子流域实测子流域实测模拟结果对比图模拟结果对比图DaChengZi ( as Discharge) m3/sN26|Net flow to node ( as Discharge) m3/s80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 0 1000000000 2000000000 3000000000 4000000000 5000000000 6000000000子流域出口流量累积值子流域出口流量累积值DaChengZi m3/sN26|Net flo

22、w to node m3/s808182838485868788899091929394959697989900 100 200 300 400 500 600 700 800子流域出口流量瞬时值子流域出口流量瞬时值gongshanzui ( as Discharge) m3/sCalculated ( as Discharge) m3/s80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 0 200000000 400000000 600000000 800000000 1000000000 1200000000Lon

23、gTan_MonthAverageWaterLevel(m) mR71|Water level m808182838485868788899091929394959697989900010203040506 302 304 306 308 310MIKE BASIN 水库实测水库实测模拟结果对比图模拟结果对比图水库出库流量累积曲线水库出库流量累积曲线水库水位曲线水库水位曲线(粗调粗调)BaiShi_DayWaterLevel mR411|Water level m200120022003200420052006 108 110 112 114 116 118水库水位曲线水库水位曲线(粗调粗调)

24、MIKE BASIN 子流域地下水模拟结果图子流域地下水模拟结果图C9|Depth to deep groundwater m198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420058.888.908.928.948.968.989.00C9|Depth to shallow groundwater m198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997

25、199819992000200120022003200420051.861.881.901.921.941.961.982.00子流域浅层地下水子流域浅层地下水埋深变化曲线埋深变化曲线子流域深层地下水子流域深层地下水埋深变化曲线埋深变化曲线qianyang m80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 5 10实测地下水埋深变化曲线实测地下水埋深变化曲线MIKE BASIN 用水户计算模拟结果示意图用水户计算模拟结果示意图用水户平均用水量用水户平均用水量用水户最大缺水量用水户最大缺水量用水户地下水抽取量用水户地下水抽取量MIKE BASIN 结果演示结果演示Water Resources Modelling MIKE BASINo 基于基于ArcGIS 9.x 的扩展模块，可以直接放到授权的的扩展模块，可以直接放到授权的 GIS 系统中。系统中。 有大量有大量的时间序列数据分析和数据显示功能，可用于数据信息的分析和共享；的时间序列数据分析和数据显示功能，可用于数据信息的分析和共享；o 包括水资源规划及分配中所需的过程和规则包括水资源规划及分配中所需的过程和规则, ,可以通过简单编程来加入特可以通过简单编程来加入特定的规则和过程；可以使用宏语言从其它界面定的规则和过程；可以使用宏语言从